RU2686167C1

RU2686167C1 - Manipulator grip

Info

Publication number: RU2686167C1
Application number: RU2018100195A
Authority: RU
Inventors: Александр Андреевич Никитин
Original assignee: Александр Андреевич Никитин
Priority date: 2018-01-09
Filing date: 2018-01-09
Publication date: 2019-04-24

Abstract

FIELD: machine building.

SUBSTANCE: invention relates to manipulator gripping. Grip comprises rod and body with diametrically arranged pairs of jaws pivotally mounted thereon. Hinges are formed by parallel flat springs - peripheral and central springs. One end of spring is connected with jaws, another end near peripheral springs is attached to housing, and central springs - to rod.

EFFECT: higher reliability of grip.

1 cl, 3 dwg

Description

Предлагаемое изобретение относится к машиностроению, в частности, к конструкциям промышленных роботов и манипуляторов, работающих в герметизированном объеме и может быть использовано в технологических процессах изготовления электронных приборов, обработки радиоактивных, токсичных и взрывчатых веществ, осуществляемых в высоком вакууме, а также для проведения ряда дистанционных работ, осуществляемых в открытом космосе, под водой и в медицине.The present invention relates to mechanical engineering, in particular, to the structures of industrial robots and manipulators working in a sealed volume and can be used in technological processes for the manufacture of electronic devices, processing radioactive, toxic and explosive substances carried out in high vacuum, as well as for carrying out a number of remote the works carried out in open space, under water and in medicine.

Известны конструкции захватов, содержащих один или несколько определенным образом ориентированных друг относительно друга элементов, представляющих собой гибкие трубки «Бурдона» (А.Т. Александрова «Новые способы передачи и формирования движения в вакууме», М. Высшая школа, 1979 г., с. 25-45).Known designs of grips containing one or several elements oriented in a certain way relative to each other are flexible pipes “Bourdon” (A.T. Alexandrov “New ways of transmission and formation of motion in vacuum”, M. Higher School, 1979, c . 25-45).

В конструкциях этих захватов полностью исключены люфты, зазоры, кинематические пары трения. Они не требуют смазки и хорошо работают в высоком вакууме. При этом сохраняют стерильность вакуумированного объема, стабильность качественных характеристик рабочей среды, определяющей качество выпускаемой продукции.In the designs of these claws, backlash, gaps, kinematic friction pairs are completely excluded. They do not require lubrication and work well in high vacuum. At the same time, they maintain sterility of the evacuated volume, stability of the quality characteristics of the working environment, which determines the quality of the products.

Недостатком известного захвата является то, что он требует для обслуживания сложного оборудования: гидравлических и пневматических систем, контрольно-измерительной аппаратуры, что увеличивает себестоимость выпускаемой продукции. Кроме того, этот манипулятор громоздкий и имеет небольшую зону обслуживания.The disadvantage of the known capture is that it requires for the maintenance of complex equipment: hydraulic and pneumatic systems, instrumentation, which increases the cost of production. In addition, this manipulator is cumbersome and has a small service area.

Наиболее близким по технической сущности к предполагаемому изобретению (прототипом) является захват манипулятора, содержащий корпус, на котором шарнирно установлена пара губок, связанных с корпусом шарнирно-рычажной системой и кулачковым механизмом (а.с. СССР №963849 М.кл.4 В25J 15/00).The closest in technical essence to the proposed invention (prototype) is the gripper of a manipulator, comprising a body on which a pair of jaws connected to the body by an articulated-lever system and cam mechanism is installed (AS USSR No. 963849 M.kl.4 V25J 15 / 00).

Недостатком прототипа является низкая надежность конструкции, невысокая стабильность качественных характеристик рабочей среды, в которой он работает, что приводит к низкому качеству выпускаемой продукции. Действительно, при работе данным захватом в герметизированную, вакуумированную камеру вводятся пары трения шарнирно-рычажной системы и кулачкового механизма. Эти пары трения при работе выделяют продукты износа, нарушая стерильность вакуумированной камеры и. следовательно, снижая стабильность качественных параметров характеристик рабочей среды.The disadvantage of the prototype is the low reliability of the design, low stability of the quality characteristics of the working environment in which it operates, which leads to low quality products. Indeed, when operating with this grip, friction pairs of an articulated-lever system and a cam mechanism are introduced into a sealed, evacuated chamber. These friction pairs during operation secrete wear products, disrupting the sterility of the evacuated chamber and. therefore, reducing the stability of the quality parameters of the characteristics of the working environment.

Кроме того, преобразование движений в рабочем объеме связано с введением в схемы исполнительных механизмов кинематических пар и соединений, работающих в условиях сухого трения. Работа кинематических пар в вакууме характеризуется низкой надежностью, понижением точности, потерей числа кинематических подвижностей, появлением добавочных напряжений и деформаций, которые являются следствием сложных процессов разрушения, возникающих в зонах контакта поверхностей трения. Известно также, что высокий вакуум влияет на свойства материалов. Так у материалов повышается адгезия (сцепления, увеличивается коэффициент трения).In addition, the transformation of movements in the working volume is associated with the introduction into the schemes of actuating mechanisms of kinematic pairs and compounds operating under dry friction conditions. The operation of kinematic pairs in vacuum is characterized by low reliability, a decrease in accuracy, a loss in the number of kinematic mobilities, the appearance of additional stresses and strains, which are the result of complex fracture processes that occur in the contact zones of friction surfaces. It is also known that high vacuum affects the properties of materials. Thus, adhesion (adhesion, friction coefficient) increases in materials.

Целью предполагаемого изобретения является повышение качества выпускаемой продукции за счет повышения надежности конструкции захвата и обеспечения стабильности качественных характеристик рабочей среды.The purpose of the proposed invention is to improve the quality of products by increasing the reliability of the design of the capture and ensure the stability of the quality characteristics of the working environment.

Поставленная цель достигается тем, что захват манипулятора, содержащий корпус с шарнирно установленной на нем парой губок, согласно изобретению снабжен дополнительной парой губок, шарнирно закрепленных на корпусе, причем пары губок установлены взаимоперпендикулярно, торцы губок выполнены с уклоном к центральной оси захвата, а каждый шарнир образован двумя параллельными плоскими пружинами центральной и периферийной, периферийные пружины закреплены одним концом на внешних гранях губок, а другим на корпусе, центральные пружины закреплены одним концом на внутренних гранях губок, а другим на шток, пропущенным через осевое отверстие корпуса.This goal is achieved by the fact that the grip of the manipulator, comprising a body with a pair of jaws hinged on it, according to the invention is provided with an additional pair of jaws hinged on the body, with a pair of jaws mounted mutually perpendicular to the center of the grip and each hinge formed by two parallel flat springs of the central and peripheral springs, peripheral springs are fixed at one end to the outer edges of the jaws and the other to the body, the central springs are fixed one end on the inner edges of the sponges, and the other on the rod, passed through the axial bore of the body.

Выполнение шарниров в виде плоских пружин, установленных параллельно друг другу и жестко закрепленных на губках, корпусе и штоке, позволяет повысить надежность конструкции захвата, так как подобный шарнир не имеет люфтов, зазоров и кинематических пар трения, как имеет место в прототипе, и позволяет удерживать и перемещать образец за счет сил статического трения и упругого деформирования (нет сухого трения). Отсутствие трущихся поверхностей и, как следствие, отсутствие продуктов трения позволяет стабилизировать качественные характеристики рабочей среды, улучшая качество продукции. Установка пар губок взаимоперпендикулярно, выполнение торцов губок с уклоном к оси захвата, снабжение захвата штоком, жестко связанным с центральными пружинами, обеспечивают надежный захват образцов круглой, цилиндической, призматической, конической формы.The implementation of the hinges in the form of flat springs mounted parallel to each other and rigidly mounted on the jaws, the housing and the rod, improves the reliability of the grip design, since such a hinge has no backlashes, gaps and kinematic friction pairs, as is the case in the prototype, and allows you to hold and move the sample due to the forces of static friction and elastic deformation (no dry friction). The absence of friction surfaces and, as a result, the absence of friction products helps to stabilize the quality characteristics of the working environment, improving product quality. Installing pairs of sponges mutually perpendicular, making the ends of the jaws with a slope to the axis of the grip, supplying the grip with a rod rigidly connected to the central springs, ensure reliable grip of samples of round, cylindrical, prismatic, conical shape.

Таким образом, отличительные признаки необходимы для достижения поставленной цели, то есть являются существенными.Thus, distinctive features are necessary to achieve the goal, that is, are essential.

Сравнение отличительных от прототипа признаков с другими известными техническими решениями свидетельствует о том, что выполнение торцов губок с уклоном к центру захвата известно в а.с. СССР №1227465 В25J 15/00. Известна также установка губок на упругих лентах, связанных со штоком, при перемещении которого губки сдвигаются (а.с. СССР №916301 В25J 15/02. 1980 г.Comparison of the features distinctive from the prototype with other known technical solutions suggests that the execution of the ends of the jaws with a slope to the center of capture is known in a.s. USSR №1227465 V25J 15/00. Also known is the installation of sponges on elastic tapes connected with a rod, during the movement of which the sponges move (AS USSR №916301 В25J 15/02. 1980.

Установка пар губок взаимоперпендикулярно для осуществления более надежного захвата предусмотрено в конструкции захвата манипулятора по а.с. СССР №666074 В25J 15/02.The installation of pairs of sponges mutually perpendicular to the implementation of a more reliable grip is provided for in the construction of the gripper of the manipulator along USSR №666074 V25J 15/02.

Выполнение же шарниров в виде двух параллельных плоских пружин: центральной и периферийной, соединения периферийных пружин одним концом с внешними гранями губок, а другим с корпусом, а также соединения центральных пружин одним концом с внутренними гранями губок, а другим со штоком в исследованных аналогах не обнаружено. Заявляемое выполнение шарниров обеспечивает удержание образца за счет сил упругой деформации пружин.The execution of the hinges in the form of two parallel flat springs: central and peripheral, the connection of peripheral springs with one end to the outer edges of the jaws and the other to the body, as well as the connection of the central springs with one end to the inner edges of the sponges, and the other with the stem in the studied analogues were not found . The claimed implementation of the hinges ensures the retention of the sample due to the forces of elastic deformation of the springs.

Хотя в захвате манипулятора по а.с. СССР №916301 губки установлены на пружинах, связанных со штоком, но пружины выполнены λ-образной формы, и образец удерживается не за счет сил упругости, а за счет внешних усилий, прилагаемых к среднему перегибу пружины через подвижный шток, и сводящих крайние перегибы пружин друг к другу. Сходящиеся крайние перегибы сдвигают губки, которые захватывают образец. После снятия внешних усилий λ-образная пружина за счет сил упругости возвращается в исходное положение и закрепленные на крайних перегибов губки освобождают образец.Although in the capture of the manipulator along the a.s. USSR №916301 sponges are mounted on springs connected to the rod, but the springs are made λ-shaped, and the sample is held not by elastic forces, but due to external forces applied to the average spring bend through the movable rod, and reducing the extreme bends of the springs to each other to friend. Converging extreme kicks shift the sponges that capture the sample. After removing the external forces, the λ-shaped spring at the expense of elastic forces returns to its original position and the sponges fixed on the extreme bends release the sample.

Таким образом, в известном захвате силы упругости пружины направлены на раздвижение губок. Для захвата образца необходимо прикладывать длительное время усилие, достаточное для компенсации сил упругости пружин и удержания образца. В заявленном же захвате силы упругости пружин направлены на сдвижение губок, то есть на удержание образца. Следовательно, для известного выполнения захвата по сравнению с предлагаемым характерны более высокие энергозатраты. Из изложенного вытекает, что предполагаемое изобретение отвечает критерию «существенные отличия».Thus, in the known gripping force of elasticity of the spring is directed to the opening of the jaws. To capture the sample, it is necessary to apply a long enough force to compensate for the elastic forces of the springs and to hold the sample. In the claimed capture of the force of elasticity of the springs are aimed at moving the jaws, that is, to hold the sample. Therefore, for the known performance of the capture compared to the proposed higher energy costs are typical. From the above it follows that the proposed invention meets the criterion of "significant differences".

На фиг. 1 изображен продольный разрез захвата, на фиг. 2 - общий вид, на фиг. 3 - поперечный разрез А-А.FIG. 1 shows a longitudinal section of the grip; FIG. 2 is a general view of FIG. 3 is a transverse section AA.

Захват манипулятора содержит корпус 1 с шарнирно установленными на нем губками 2, расположенными попарно. Причем одна пара губок установлена перпендикулярно другой паре. Торцы губок 2 выполнены с уклонами 3 к центральной оси захвата. Наружные грани губок 2 соединены с выступами 4 корпуса 1 посредством периферийных пружин 5. Внутренние грани губок 2 соединены со штоком 6 посредством центральных пружин 7.The grip of the manipulator includes a housing 1 with sponges 2 pivotally mounted thereon, arranged in pairs. Moreover, one pair of sponges installed perpendicular to the other pair. The ends of the jaws 2 are made with slopes 3 to the Central axis of the grip. The outer edges of the jaws 2 are connected to the protrusions 4 of the housing 1 by means of peripheral springs 5. The inner edges of the jaws 2 are connected to the rod 6 by means of central springs 7.

Пружины 5 и 7 изготовлены из пружинной стали. Концы пружин прикреплены к губкам 2, выступам 4 и штоку 6 винтами. Свободный конец штока снабжен резьбой, на которую навинчена опорная пята 8.Springs 5 and 7 are made of spring steel. The ends of the springs are attached to the jaws 2, the protrusions 4 and the rod with 6 screws. The free end of the stem is provided with a thread on which the bearing heel 8 is screwed.

Захват манипулятора работает следующим образом.Capture manipulator works as follows.

При соприкосновении с образцом благодаря наличию уклонов 3 происходит центрирование образца. Затем нажатием на опорную пяту 8 перемещают шток 6, при этом пружины 7 разводят губки 2. При разведенных губках осуществляется захват образца. После захвата снимают усилие с пяты 8. Шток 6 возвращается в исходное положение. Губки 2 под действием сил упругости пружин 5 и 7 сводятся. Удержание образца осуществляется за счет сил статического трения и упругого деформирования пружин 5 и 7.In contact with the sample due to the presence of slopes 3, the sample is centered. Then, pressing the support heel 8 moves the rod 6, while the springs 7 dilute the jaws 2. With the divorced jaws, the sample is seized. After capture, remove the force from the heel 8. The rod 6 returns to its original position. Sponge 2 under the action of elastic forces of the springs 5 and 7 are reduced. The sample is held by static friction and elastic deformation of the springs 5 and 7.

Технические преимущества заявляемого объекта по сравнению с прототипом, заключаются в повышении надежности конструкции захвата и обеспечении стабильности качественных характеристик рабочей среды, в которой работает захват, что улучшает качество выпускаемой продукции.The technical advantages of the proposed facility in comparison with the prototype consist in increasing the reliability of the gripping design and ensuring the stability of the quality characteristics of the working environment in which the gripping works, which improves the quality of the manufactured products.

Claims

The gripper of the manipulator comprising a body with a pair of sponges hinged on it, characterized in that it is provided with an additional pair of sponges hinged on the body, the sponges of the sponges are installed mutually perpendicular, the ends of the jaws are inclined to the central axis of the grip, and each hinge is formed by two parallel flat central and peripheral springs, while the peripheral springs are fixed at one end to the outer edges of the jaws, and the other to the body, and the central springs are fixed at one end to the inner edges of the jaws, and the other on the rod, passed through the axial bore of the housing.